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[综合交流] 荧光发射归属分析与如何分辨PET淬灭了荧光

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本帖最后由 万卷书万里路 于 2022-11-17 20:29 编辑

各位老师好!
一系列具有不同端基的D1-A-D2-A-D1结构的小分子阳离子在实验上测试荧光时发现,其中几个材料(成为w组)的PLQY比同系列其他的(成为s组)低很多,荧光很弱,计算发现这些材料的激发态特征也分为两类:      关键词是 opt td B3LYP/6-311G(d) scrf=solvent=water

s组:
PLQY强的材料,S1优化后都是HOMO-->LUMO的跃迁(>99%),并且NTO和轨道图都证明了是分子骨架(A-D2-A)上的局域激发,并且这些材料计算得到的S1波长和实验测得荧光波长都非常接近(error<10 nm)
w组:
几个荧光很弱的材料,S1态振子强度S1态(HOMO-->LUMO  贡献>98%)振子强度0.0002左右,S2态(HOMO-1-->LUMO 贡献>98%)的f在0.1左右,S3态(HOMO-->LUMO  贡献>99%)的振子强度大于1,跟PLQY强的那些材料的理论f在一个数量级上,并且这几个材料的实验荧光发射波长是和S3的计算值一致的(error<10 nm),比如下面这个例子:
Excited State   1:      Singlet-A      1.8885 eV  656.54 nm  f=0.0001  <S**2>=0.000
     146 ->147         0.70217
This state for optimization and/or second-order correction.
Total Energy, E(TD-HF/TD-DFT) =  -1745.68109508   
Copying the excited state density for this state as the 1-particle RhoCI density.

Excited State   2:      Singlet-A      2.4042 eV  515.70 nm  f=0.1525  <S**2>=0.000
     145 ->147         0.70147


Excited State   3:      Singlet-A      2.6774 eV  463.07 nm  f=1.4023  <S**2>=0.000            【实验波长在457 nm】
     144 ->147         0.70380



请问这里如何解释w组的弱荧光现象?看实验的波长感觉像是S3在发光,但是论坛里有老师说反kasha规则的几乎很少。
发现有PET淬灭荧光的研究,我做了以下几个尝试:
1. 怀疑是w组的端基给电子性质太强了,S1和S2分别是两端的给电子基的电子跃迁到骨架上,淬灭了骨架上的跃迁(S3),我搜到了论坛里的一些PET相关的帖子和参考文献,和PET的描述很接近,是D-A型,富电子基团淬灭了A-A上的跃迁,但我之前没接触过这样性质的材料,请问这样理解对不对?(http://bbs.keinsci.com/thread-20460-1-1.htmlhttp://bbs.keinsci.com/thread-18010-1-1.html
2. 如果算是S1不发光的情况,另外还依据这个帖子(http://bbs.keinsci.com/thread-11950-1-1.html)15楼的回复,用wb97x-d重新优化了w组的材料,目前有几个算完了,从能量和跃迁轨道上来看,应该是原来的S3变成了wb97x-d优化的S1,能量有20-40nm的偏移,跃迁成分有些变化(不再只是H->L,还包括H-2-->L),wb97x-d计算了上面同一个分子:
Excited State   1:      Singlet-A      2.8362 eV  437.15 nm  f=1.5000  <S**2>=0.000
     144 ->147         0.28423
     146 ->147         0.63468
This state for optimization and/or second-order correction.
Total Energy, E(TD-HF/TD-DFT) =  -1745.06819215   
Copying the excited state density for this state as the 1-particle RhoCI density.

Excited State   2:      Singlet-A      4.1983 eV  295.32 nm  f=0.0730  <S**2>=0.000
     145 ->147        -0.57865
     146 ->148         0.35742

Excited State   3:      Singlet-A      4.2366 eV  292.65 nm  f=0.0003  <S**2>=0.000
     144 ->147         0.58244
     145 ->148         0.26212
     146 ->147        -0.25426

两种泛函的计算结果都做了NTO分析,都是分子骨架上的局域激发。
这里的问题是:

2.1  没加density关键词,所以我的计算中优化激发态构型的计算,它输出的波函数是在当前输出的构型(S1)下的基态波函数,我们在文中描述激发态的时候说从轨道A到轨道B的跃迁,应该是基于基态的分子轨道讲的吧?这个时候是否要对应NTO的轨道图形,去找分布对应的基态分子轨道?
2.2  这种情况下,应该用哪种泛函来描述呢?所有材料都要用wb97x-d重新优化激发态吗?还是说可以只用wb97x-d来计算这些荧光很弱的分子?

2.3  这些数据能否说明这些弱荧光的材料是因为PET淬灭了荧光?

希望老师指点迷津,先谢谢了!



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